[发明专利]一种多层级可控组装型荧光-磁性双功能微球及其制备方法、应用

说明书

本发明涉及纳米材料技术领域，为解决传统多功能纳米材料尺寸不可控、化学稳定性差、无法实现多种功能最大化的问题，提供了一种由多种功能纳米基元高密度均匀填充、具有良好生物相容性、尺寸均一、性能稳定的双功能微球的制备方法。本发明以单分散树状介孔二氧化硅微球为生长模板，实现两种功能基元的顺序组装。首先以乙酰丙酮铁为铁源，在树状硅球内部孔道原位生长Fe₃O₄纳米颗粒。并通过巯基‑金属配位作用，进一步将疏水量子点高密度组装于树状介孔二氧化硅微球孔道中，实现了两种纳米基元在载体中的高效共组装以及性能互不干扰。将该微球作为标记探针应用于检测平台，可实现对衡量目标物质的高灵敏度和高准确度的检测。

技术领域

本发明涉及先进纳米复合材料技术领域，尤其涉及一种多层级可控组装型荧光-磁性双功能微球及其制备方法、应用。

背景技术

由两种或多种功能成分组成的多功能纳米结构已经成为一类具有潜在应用的新型材料，它是基于将多个分立纳米组件进行纳米尺度集成的思路而设计的。和单功能纳米材料相比，这类材料的优越性在于它可以基于其内部不同种材料而呈现多模态应用，具有更丰富、更可调谐的光学、电子和磁性性质，所形成的复合结构可有效规避单功能纳米材料的局限。作为当前纳米技术中的热门话题之一，多功能纳米材料已被大量研究和应用于影像学领域多模态成像、体外诊断领域多模态同时检测以及纳米医疗领域诊断-靶向-治疗一体化等众多领域。

在众多功能型材料中，超顺磁纳米颗粒和量子点因其各自独特的物理、化学特性而受到广泛关注。超顺磁纳米颗粒作为一种磁性固相载体，具有低毒性、生物相容性和磁操控性。其独特的超顺磁响应确保它仅在磁场存在下才会表现出磁性，所以适用于需要磁分离或磁引导的应用中，快速从原始或预富集的样品中有效分离、富集目标分子并实现液相重悬，过程无需离心或过滤，可轻松简化繁琐且耗时的过程。据报道，由超顺磁性纳米粒子组成的磁性微球已成为为目标生物或小分子分离和浓缩的有效预处理方法，同时在磁共振成像（MRI）造影剂、磁性固定化和药物递送、磁性细胞分选和生物分离、磁热疗等生物医学领域应用广泛。胶体半导体纳米晶体，也称为量子点（QDs），作为一种新型的生物荧光标记材料，由于其独特的光学性质而在生物医学研究中的荧光标记、生物成像和荧光传感检测等方面得到了广泛的应用。与常规有机荧光团相比，它的高量子产率和优异的抗漂白性能可有效弥补传统有机染料的缺陷。此外，它还具有尺寸调控发光特性、吸收光谱宽、发射峰窄等优势。因此，应用超顺磁纳米颗粒和量子点为基元构筑双功能纳米结构，可集成超顺磁响和荧光特性而在生物医学研究中具有较大应用潜力。例如，对于侧流免疫层析平台而言，在复杂样品中检测痕量分析物时，复杂样品的基质干扰和有限的样品转移量所导致的检测结果的灵敏度和准确度无法满足要求是目前待解决的一大难题。荧光-磁性双功能材料可以通过液相免疫反应以及磁分离事先对目标分析物进行预浓缩及纯化，进一步进行免疫层析，利用量子点的荧光信号提供高灵敏检测结果，可以很好地弥补该平台的不足。

据已有文献报道，目前合成荧光-磁性双功能纳米材料的策略可分为以下几种类型：第一种是封装策略，该策略主要是利用疏水相互作用或共价键结合的原理，通过将分散在溶液中的磁性纳米颗粒和量子点共同掺入纳米载体中。由于载体基本采用聚苯乙烯改性微球，所填充的区域仅为聚合物浅表层空隙，因此颗粒负载效率及其化学/胶体稳定性有待提高。Leng等人使用乳化技术，将近红外发射的CuInS₂/ZnS QDs和Fe₃O₄纳米颗粒共掺入聚苯乙烯-马来酸酐（PSMA）微球中，成功构建了“单波长”编码模型，以指导具有宽发射光谱的QDs的编码。第二种是模板组装法，即通过特定的相互作用（如静电、配位和生物相互作用等）将两种不同功能的材料顺序或同时吸附在特定的基底上，该基底主要以胶体二氧化硅为主。该方法的优势在于可以灵活控制组装的纳米颗粒的类型和数量，但由于二氧化硅模板内部空间难以利用，因此仅能实现表面负载，十分不利于提升单个微球的磁响应水平以及整体荧光亮度。Kim等人利用氨基化二氧化硅微球为载体，将Fe₃O₄和量子点同时吸附组装于模板表面，实现了液相中微球的磁分离以及荧光显微成像。